Forscher entwickeln ein 3D-biopriertes In-vitro-Modell stenotischer Hirnblutgefäße

Zerebrovaskuläre Erkrankungen wie Atherosklerose und Schlaganfall bleiben weltweit eine Hauptursache für Morbidität und Mortalität. Ein häufiges Merkmal dieser Krankheiten ist die Gefäßstenose, dh die Verengung von Blutgefäßen, die den normalen Blutfluss stört und zu chronischer Entzündung in der Gefäßwand beiträgt. Endothelzellen, die das Gefäßsystem auskleiden, spielen eine Schlüsselrolle bei der Erfassung von Scherspannungen durch den Blutfluss und reagieren auf gestörte Hämodynamik, indem proinflammatorische Moleküle exprimieren. Untersuchung dieses Phänomens jedoch In vivo ist aufgrund der Komplexität und Variabilität von lebenden Systemen eine Herausforderung.

Traditionell in vitro Modelle, einschließlich statischer Kulturen und mikrofluidischer Geräte, werden häufig nicht die strukturelle, mechanische und biologische Komplexität der menschlichen zerebrovaskulären Umgebung repliziert. Dies betont die Notwendigkeit eines physiologisch relevanteren Modells, um zu untersuchen, wie abnormale Strömungsmuster endotheliale Dysfunktion und Entzündung führen.

Um diese kritische Forschungslücke zu überbrücken, entwickelte ein kollaboratives Team von Professor Byoung Soo Kim und Forscher Min-Ju Choi von der Pusan ​​National University zusammen mit Professor Dong-Woo Cho und Dr. Wonbin Park von der Pohang University of Science and Technology (Postech) eine 3D-Bioprinted in vitro Modell stenotischer Gehirnblutgefäße. Ihre bahnbrechende Studie wurde online in der Zeitschrift veröffentlicht Erweiterte funktionale Materialien am 24. Juni 2025. „Wir haben eine neuartige eingebettete Koaxialbioprinting -Technik verwendet, um schnell herzustellen Perfundierbare Gefäßleitungen mit kontrollierter Luminalverengung„erklärt Prof. Kim.“Unser Bioink, eine Mischung aus der dekellulären extrazellulären Matrix (DECM), Kollagen und Alginat, bot sowohl mechanische Festigkeit als auch wesentliche biologische Hinweise zur Unterstützung der Endothelzellanlagerung und -funktion. „

Die bioprintierten Gefäße verkapselten menschlichen Endothelzellen, einschließlich der Nabelschnurvene (HUVECs) und der mikrovaskulären Zellen des Gehirns (HBMECs), und wurden den Durchflussbedingungen ausgesetzt, die sowohl normale als auch stenotische Blutgefäße simulierten. Das Modell erfolgreich hergestellt In vivo Blutflussbedingungen und nachgeahmte stenotische Geometrien im Zusammenhang mit zerebrovaskulären Erkrankungen. Rechenfluiddynamiksimulationen und Tracer -Perlenversuche bestätigten, dass stenotische Regionen gestörte Flussmuster erzeugen, die für diejenigen charakteristisch sind, die in atherosklerotischen Gefäßen beobachtet wurden. Die endothelalisierten Gefäße zeigten eine kontinuierliche Abdeckung und exprimierten alle Junction-Proteine, einschließlich CD31, VE-Cadherin und ZO-1. Die Gefäße hielten auch die Barriere -Integrität auf, indem sie die selektive Permeabilität demonstrieren. Bemerkenswerterweise gab es unter gestörten Flussbedingungen eine signifikante Hochregulierung von Entzündungsmarkern, Kennzeichen einer ausgereiften Endothelbarriere.

„Diese 3D -Bioprinting -Technologie markiert einen signifikanten Fortschritt bei der Modellierung von zerebrovaskulären Erkrankungen, indem anatomisch genaue und physiologisch relevante Gefäße ermöglicht werden können„teilt Prof. Kim. Verwenden eines verstärkten ECM-basierten Bioink- und Koaxialbioprints. Das Modell repliziert die stenotische Gefäßgeometrie und die Flussdynamik und bietet eine realistische Plattform, um flussinduzierte endotheliale Entzündungen zu untersuchen. Seine Kompatibilität mit mehreren Endothelzelltypen erweitert seine Dienstleistung in der modellierten Erkrankung und personalisierte Medizin. in vitro Systeme und komplex In vivo Modelle reduziert diese Plattform auch die Abhängigkeit von Tierversuche und verbessert das Arzneimittel -Screening und die Toxizitätsbewertungen.

Zukünftige Verfeinerungen wie die Einbeziehung des hirnspezifischen ECM, die kultivierenden vaskulären Unterstützungszellen und die Verwendung von Patienten von Patienten könnten die physiologische Genauigkeit und die patientenspezifische Modellierung weiter verbessern. Die Integration mit Organ-auf-Chip-Plattformen und KI-gesteuerten Analysen könnte auch die Echtzeitüberwachung der Endothelreaktionen auf Therapien ermöglichen.

Zusammenfassend liefert diese Studie eine robuste und vielseitige Plattform für zerebrovaskuläre Tissue -Engineering. Während sich die Bioprinting -Technologien weiterentwickeln, haben sie das Potenzial, unsere Untersuchung und Behandlung von Krankheiten wie Schlaganfall und Atherosklerose zu verändern, die therapeutische Entdeckung und die Entwicklung personalisierter Interventionen zu beschleunigen.

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